您的分子式是什么?——解讀霧霾對人體的影響

曹英男，李艷艷，劉迎亞，渠陸陸，李海濤*

江蘇師范大學化學化工學院，江蘇省徐州市上海路101號，221116通訊作者：haitao@jsnu.edu.cn

霧霾中細顆粒物主要是由灰塵和有機化合物組成，其中有毒物質達20多種，導致空氣的可見度極低[1]。這些有毒物質容易引發人體的呼吸道和肺部的疾病，同時對人體心腦血管的影響也很嚴重，阻礙正常的血液循環。霧霾天氣時，空氣中PM2.5和其中的36種元素（表1）濃度均升高。PM2.5及其附著的金屬污染物會通過PM2.5的傳播在人體內富集，誘發炎癥或細胞中毒等問題。長時間暴露在霧霾天氣下，癌癥的病發率也會有大幅度的上升。由此可知，霧霾中的顆粒物是造成人體結構破壞的重要原因之一。但是，我們如何能得知自己的身體結構發生了變化呢？

生命由細胞組成，細胞由無數的分子組成，分子是獨立存在的、保持物質化學性質的最小粒子。分子構成物質，例如，水的分子式是H2O，不僅表示了物質的組成元素，更重要的是能表示各原子的數目及質量比。所以，通過物質的分子式，我們能夠了解到很多信息。那么，如果將人看做一個龐大的“超分子體”，并知道其分子式，我們能否通過對人的化學分子式的研究來了解霧霾對人體結構的影響呢？

喬·漢森計算的人體分子式能夠讓我們透徹地了解自身元素組成及其含量比，正如他所說 “這是我們看待生命的另一種方式”。他還指出“成年人平均含有60種可探測到的元素，其中大部分來自飲食和環境中痕量元素的日積月累。如果將體內所有元素分離出來，其在市場上的價值約為1~2千美元”。人在幾十年的生長過程中，由于食物的攝入、物品的接觸以及環境的影響等，體內元素的組成和含量會在一定程度上有所變化。而這些變化往往反應了人體健康與否，因此只要知道自己的化學分子式，自身的健康狀況便一目了然。

我們根據他采用的人體分子方程式，并將其進一步推廣到成人超分子領域，并對成人的化學分子式展開了研究和計算，發現成人體內的元素有六十多種。由于人體內元素種類多，利用傳統方法來表示其分子式不易讀寫和理解，因此，為使超大分子的表達方式更為簡練，我們在得出健康正常人體的傳統分子式后，以“元素周期表”的形式表示大分子所包含的元素及原子數(圖A，假設人的體重70 Kg，B：Billion， T：Trillion，Q：Quatrillion)。“元素周期表”分子圖具有以下優點：一、便于理解該分子；二、有空間提供數字信息；三、方便對比分子圖的變化。

然而，在環境污染日益加劇的今天，霧霾逐漸走進我們的視野，并對人體產生巨大的危害。通過查閱資料，我們得知霧霾中元素的含量，見表1。排除日常生活習慣對人體分子式的影響，假設每個人一天平均呼吸空氣13立方米，通過計算得霧霾天氣下人的分子式結構，見圖B。

表1. 霧霾中元素的含量[2]

對比A和B，可以發現，霧霾天氣下，人體內含有的很多重金屬元素的原子數發生了巨大的變化，如Cd的原子數增加了近450倍，Pb元素的原子數增加了近200倍，Cu元素的原子數增加了近500倍等。這些重金屬元素的增加很大程度上破壞了人體的分子結構，從而會給人體帶來嚴重的永久性損傷，進而導致殘疾甚至死亡。

現在，隨著生活水平的不斷提高，人們已經不再為饑飽而擔憂，隨之而來的便是對健康的極大關注。霧霾對人體健康存在著潛在、持久的威脅，通過對霧霾天氣下人體內元素的采集、分析，我們可以判別霧霾導致的人體分子式的改變，從而為人體健康的評判提供一種新的研究依據。此外，人體分子式可作為一種健康指標，將抽象的健康問題具體化，使人類能夠實時方便的了解自身健康狀況，為人類在迎戰疾病的道路上敲響了警鐘。

[1] 吳圣姬等, 上海環境科學, 2014, 6, 002.

[2]王秦等, 光譜學與光譜分析, 2013, 6, 1441-1445.

[3] Selden B.S. et al. Annals of Emergency Medicine, 1988, 17, 247-253.

[4] 張小林等, 光譜學與光譜分析, 1992, 12, 99-104.